Расчет механизмов - козлового консольного крана грузоподъемностью 8 тонн
Содержание
1 Введение 2
2 Исходные данные 3
3 Расчёт механизма подъема груз 4
4 Расчёт механизма перемещения кран 10
5 Расчёт механизма перемещения тележки 14
6 Выбор приборов безопасности 18
7 Литератур 19
Введение
Козловые краны применяют для обслуживания открытых складов и погрузочных площадок, монтажа сборных строительных сооружений и оборудования, промышленных предприятии, обслуживания гидротехнических сооружений, перегрузки крупнотоннажных контейнеров и длинномерных грузов. Козловые краны выполняют преимущественно крюковыми или со специальными захватами.
В зависимости от типа моста, краны делятся на одно- и двухбалочные. Грузовые тележки бывают самоходными или с канатным приводом. Грузовые тележки двухбалочных кранов могут иметь поворотную стрелу.
Опоры крана станавливаются на ходовые тележки, движущиеся по рельсам. Опоры козловых кранов выполняют двухстоечными равной жёсткости, или одну -жёсткой, другую -гибкой(шарнирной).
Для механизмов передвижения козловых кранов предусматривают раздельные приводы. Приводными выполняют не менее половины всех ходовых колёс.
Обозначение по ГОСТ : Кран козловой 540-33 ГОСТ 7352-75
Исходные данные.
Таблица № 1.
Грузоподъемность крана |
8 тонн |
Пролет |
25 метров |
Высот консолей |
4,5 метра |
Скорость подъема груза |
0,2 м/с |
Скорость передвижения тележки |
38 м/мин |
Скорость передвижения крана |
96 м/мин |
Высот подъема |
9 метров |
Режим работы |
5к |
Расчет механизма подъема груза.
Механизм подъёма груза предназначен для перемещения груза в вертикальном направлении. Он выбирается в зависимости от грузоподъёмности.
Привод механизма подъёма и опускания груза включает в себя лебёдку механизма подъёма. Крутящий момент, создаваемый электродвигателем передаётся на редуктор через муфту. Редуктор предназначен для уменьшения числа оборотов и величения крутящего момента на барабане.
Барабан предназначен для преобразования вращательного движения привода в поступательное движение каната.
Усилие в канате набегающем на барабан, H:
Fб<=Qg/zun
где: Q<-номинальная грузоподъемность крана, кг;
z - число полиспастов в системе;
un Ц кратность полиспаста;
h0 Ц общий КПД полиспаста и обводных блоков;
Поскольку обводные блоки отсутствуют, то
Расчетное разрывное силие в канате при максимальной нагрузке на канат Fк=Fб=19818 Н и F³Fк* где: Fк - наибольшее натяжение в канате (без чета динамических нагрузок), Н; k - коэффициент запаса прочности (для среднего режима работы Принимаем канат по ГОСТ 2688 - 80 двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6х19(1+6+6/6+1 о.с) диаметром 15 мм имеющий при маркировочной группе проволок 1764 Мпа разрывное силие F<=125500
Н. Канат - 11 - Г - 1 - Н - 1764 ГОСТ 2688-80 Фактический коэффициент запаса прочности: kф=F/Fб<=125500/19818=6,33>k=5,5 Требуемый диаметр барабана по средней линии навитого стального каната,
мм D³d*e=15*25=375 где: d - диаметр каната е - коэффициент зависящий от типа машины, привода механизма и режима работы машины механизма. Принимаем диаметр барабана D<=400 мм. Длина каната навиваемого на барабан с одного полиспаста при z2=3, м:а Lк=H*Uп+ 1+ где: Н - высот поднимаемого груза; Uп - кратность полиспаста; D - диаметр барабана по средней линии навитого каната; крепления: ( барабане: Рабочая длина барабана, м: Lб<=Lk*t/
где: Lк - длина каната, навиваемого на барабан; d - диаметр каната; Полная длина барабана, м: L<=2Lб+ Толщина стенки литого чугунного барабана должна быть, м: dmin=0,02Dб+(0,00Е0,01)=0,02*0,389+0,00Е0,01=0,014
<=0,018 Принимаем d<=16 мм. Dб=D - d<=0,4 Ц
0,015=0,385 м. Приняв в качестве материала барабана чугун марки СЧ
15 (dв=650 Мпа, [dсж]=130 Мпа) найдем напряжения сжатия стенки барабана: dсж=Fб/ где: Fб - усилие в канате, Н; t - шаг витков каната на барабане, м; [dсж] - допускаемое напряжение сжатия для материала барабана; Статическая мощность двигателя при г/103* где: Q - номинальная грузоподъемность, кг; г - скорость подъема груза,
м/с; h - КПД механизма Номинальная мощность двигателя принимается равной или несколько меньше статической мощности. Из таблицы <.3.5 выбираем крановый электродвигатель с фазным ротором MTF - 311 - 6 имеющим ПВ=25% номинальную мощность Рном=13 кВт и частоту вращения Частот вращения барабана (мин-1):
где: Uп - кратность полиспаста; Dрасч - расчетный диаметр барабана, м. Общее передаточное число привода механизма: U=n/nб=935/19,1=148,93 Расчетная мощность редуктора на быстроходном валу,
кВт: Рр= где: - наибольшая мощность передаваемая редуктором при нормально протекающем процессе работы механизма. Из таблицы <.4.2 по передаточному числу и мощности выбираем редуктор цилиндрический, двухступенчатый, горизонтальный,
крановый типоразмера Ц2 - 400 с передаточным числом Uр =50,94 и мощностью на быстроходном валу при среднем режиме работы Рр = 19,4 кВт Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска с четом того, что на барабан навиваются две ветви каната при hпр=0,9 (ориентировочно), Н*м: Тс=Fб* Номинальный момент передаваемый муфтой принимается равным моменту статических сопротивлений Тмном=Тс=135
Н*м. Номинальный момент на валу двигателя Н*м: Тном=955Р/ Расчетный момент для выбора соединительной муфты, Н*м: Тм=Тмном* Выбираем по таблице 5.9 втулочноЦпальцевую муфту №1
с тормозныма шкивом диаметром Dт=200
мм, и наибольшим передаваемым крутящим моментом 500 Н*м. Момент инерции муфты Iм=0,125
кг*м2. Момент инерции ротора и муфты I<=Iр+Iм=0,225+0,0125=0,35 кг*м2 Средний пусковой момент двигателя при Тпуск=Тср.п=( где: Тмах- максимальный пусковой момент двигателя, Н*м, Тном- номинальный момент двигателя, Н*м, Время подъема и опускания груза <=(1,1*0,35*935/9,55(252,94-183,94))+ +9,55*8*0,1942/935(252,94-183,94)=1,14 где:а Тср.п - средний пусковой момент двигателя, Н*м Тс - момент статического сопротивления соответственно на валу двигателя при пуске. Фактическая частот вращения барабана по формуле,
мин-1: Фактическая скорость подъема груза, м/с: расч* где:а п - кратность полиспаста Dрасч- расчетный диаметр барабана Эта скорость отличается от ближайшего значения 0,2 м/с из стандартного ряда на допустимую величину. скорение при пуске, м/с2: а= Рис.
1. средненный график загрузки механизма подъема
0 0,2
0,4 0,6 0,8
Из графика средненной загрузки механизма определим моменты, развиваемые двигателем, и время его пуска при подъеме и опускании груза в различные периоды работы механизма. Согласно графику, за время цикла (подъем и опускание груза) механизм будет работать с номинальным грузом Q<=8
кг - 1 раз. 0,5Q<=4
кг - 5 раз. 0,2Q<=1600
кг - 1 раз. 0,05Q<=400 кг - 3 раза. Таблица
№ 2. - Моменты, развиваемые двигателем, и время его пуска Обозна-чение Едини- ца поднимаемого
груза, кг 8 4 1600 400 КПД Натяжение каната у барабана при подъеме груза Момент при подъеме груза Время пуска при подъеме Натяжение каната у барабана при опускании груза Момент при опускании груза Время пуска при опускании h Fб Тс tп Fcоп Tсоп tоп - Н Н*м С Н Н*м с 0,85 19818 183,94 1,14 19423 140 0,09 0,8 9909 97,902 0,34 9711 70 0,11 0,65 3963 45,52 0,27 3884,8 28 0,13 0,5 990 14,45 0,22 971 6,9 0,14 В таблице избыточный момент при опускании груза - сумма среднего пускового момента двигателя и момента статических сопротивлений механизма при опускании груза. Средняя высот подъема груза составляет 0,Е0,8
номинальной высоты Н=9м. Примем Нср=0,8*Н=0,8*9=7,2 м. Время становившегося движения, с: Сумма времени пуска при подъеме и опускании груза за цикл работы механизма, с: å Общее время включений двигателя за цикл с: å Среднеквадратичный момент Н*м Тср=2*4,96+(1832+5*972+452+3*142+1402+5*702+282+3*6,92)/747,16)=52,3
где: å åТ2с å Среднеквадратическая мощность двигателя, кВт; Рср=Тсрп/9550=52,3*935/9550=5,12
кВт где: Тср - среднеквадратичный момент преодолеваемый электродвигателем. Во избежание перегрева электродвигателя необходимо, чтобы развиваемая двигателем среднеквадратичная мощность довлетворяла словию Рср £ Рном 13 £ 5,12 - словие соблюдается Момент статического сопротивления на валу двигателя при торможении механизма,
Н*м: Тс=Fб* где: uт - общее передаточное число между тормозным валом и валом барабана. Необходимый по нормам Госгортехнадзора момент, развиваемый тормозом при Из таблицы <.5.11 выбираем тормоз ТКТ - 300/200 с тормозным моментом 240 Н*м, диаметром тормозного шкива Dт=300 мм. Регулировкой можно получить требуемый тормозной момент Тт=240 Н*м. У механизма подъема груза фактическое время торможения при опускании, с: Для среднего режима работы находим путь торможения механизма подъема груза, м: S<= Время торможения в предположении что скорости подъема и опускания груза одинаковы, с: tтmax=S/0,5vгф=0,11/0,5*0,194=1,17>tт=0,54 Замедление при торможении, м/с2: ат= Расчет механизма передвижения крана. Механизм передвижения крана служит для перемещения крана по рельсам. Найдем рекомендуемый диаметр ходовых колес Dк=720 мм. Коэффициент качения ходовых колес по рельсам Диаметр вала цапфы ходового колеса, мм: Dк=0,2*720=144. Примем также Общее сопротивление передвижению крана,
Н: Fпер=Fтр= 9,81(0,020*0,14+2*0,6)/0,720=4087,5 Статическая мощность привода при пер* где: Fпер - сопротивление передвижению крана, кг; пер - скорость передвижения крана, м/с; h - КПД механизма Т.к привод механизма передвижения крана раздельный,
то выбираем двигатель приблизительно в два раза по мощности меньше расчетной.
Из таблицы <.3.5 выбираем крановый электродвигатель MTF Ц
- 6 имеющим ПВ=25% номинальную мощность Рном=4,1 кВт и частоту вращения Номинальный момент на валу двигателя Н*м. Тном=955Р/ Частот вращения вращения ходового колеса (мин-1):
где:а Dк - расчетный диаметр колеса, м. Требуемое передаточное число привода: U=n/nк=870/42,46=20,48 Поскольку в приводе механизма перемещения крана должно быть становлено два одинаковых редуктора. Выбираем редуктор типа ВК - 475 передаточное число p<=19,68 и
Номинальный момент передаваемый муфтой двигателя,
Н*м Тм=Тс=FперDк/2рh<=2043*0,720/2*19,68*0,85=43,98 а Расчетный момент для выбора соединительной муфты, Н*м: Тм=Тмном* Выбираем по таблице <.5.6 втулочно - пальцевую муфту Момент инерции муфты, кг*м2: Iм=0,1* Фактическая скорость передвижения крана, м/с: Примем коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами коэффициент запаса сцепления Вычисляем максимально допустимое ускорение крана при пуске в предположении, что ветровая нагрузка Fp<=0, м/с2 max<=[( <=(2((0,12/1,1)+(0,02*0,144/0,720))/4- -(2*0,6+0,02*0,144)*2,0/0,720)*9,81=0,66
где: работе на открытом воздухе f - коэффициент трения
(приведенной к цапфе вала) в подшипниках опор вала ходового колеса m - коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам м; dk - диаметр цапфы вала ходового колеса, м: kp - коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивления от трения реборд ходовых колеса Средний пусковой момент двигателя, Н*м: Тср.п=( где: Наименьшее допускаемое время пуска по словию сцепления, с: Момент статических сопротивлений при работе крана без груза, Н*м: Тс=FТперDк/2рh<=2445,96*0,72/2*19,68*0,85=52,6 Момент инерции ротора двигателя Iр=0,048
кг*м2 и муфты быстроходного вала Iм=0,002 I=Ip+Iм<=0,048+0,002=0,050
кгм2 Фактическое время пуска механизма передвижения без груза, с: =(12*0,05*870/9,55(93,66-52,6))+9,55*11*1,662/870(93,66- 52,6)*0,85=7,95 с Фактическое скорение крана без груза,
м/с2 аф=Vпер/ Проверяем суммарный запас сцепления.
Для этого найдем: А) суммарную нагрузку на привод колеса без груза, Н: Fпр= Б) сопротивление передвижению крана без груза, Н: FТпер= =
2445,96 Определим фактический запас сцепления: kj=Fпр* =107910*0,12/2445,96+22*9,81((0,208/9,81)-2*0,02*0,144/4*0,72)=1,34>1,2 Определение тормозных моментов и выбор тормоза. Максимальное допустимое замедление крана при торможении, м/с2: maxт=(( По таблице принимаем амахт=0,15
м/с2 Время торможения крана без груза, с: Сопротивление при торможении крана без груза, Н: Fтрт= Момент статических сопротивлений на тормозном валу при торможении крана, Н*м: Тст<=Fттр*Dk* Момент сил инерции при торможении крана без груза, Н*м: Тинт<=(d*I*n/9,55*tт)+9,55*m*v2* =(1,2*0,05*870/9,55*11,06)+9,55*22*1,662*0,85/870* *11,06=51,63 где: Расчетный тормозной момент на валу тормоза, Н,м: Трт=Тинт
Ц Тст=51,63-11,06=40,57 Из таблицы < 5.13 выбираем тормоз типа ТКГ - 160 с диаметром тормозного шкива Dт=160 мм и наибольшим тормозным моментом Тт=100 Н*м, который следует отрегулировать до Тт=41 Н*м. Минимальная длина пути торможения, м: S=V2/R=1,662/0,9=3,06 Фактическая длина пути торможения, м: Sф=0,5* Расчет механизма передвижения грузовой тележки. Найдем рекомендуемый диаметр ходовых колес Dк=360 мм. Коэффициент качения ходовых колес по рельсам Диаметр вала цапфы ходового колеса, мм: Dк=0,2*360=72 Примем также Общее сопротивление передвижению крана,
Н: Fпер=Fтр= 9,81(0,02*0,072+2*0,6)/0,36=2014,31 Статическая мощность привода при пер* где: Fпер
Ц общее сопротивление передвижению тележки, Н; пер - скорость передвижения грузовой тележки, м/с; h - КПД механизма Из таблицы <.3.5 выбираем крановый электродвигатель MTF - 011-16 имеющим ПВ=25% номинальную мощность Р=1,7
кВт и частоту вращения Номинальный момент на валу двигателя Н*м: Тном=955Р/ Частот вращения вращения ходового колеса (мин-1):
где:а Dк - расчетный диаметр колеса, м. Требуемое передаточное число привода: U=n/nк=835/32,89=25,38 Поскольку в приводе механизма перемещения крана должно быть становлено два одинаковых редуктора. Выбираем редуктор типа ВК - 475 передаточное число p<=29,06 и
Номинальный момент передаваемый муфтой двигателя,
Н*м: Тм=Тс=FперDк/2рh<=2014,31*0,36/2*29,06*0,85=14,67 а Расчетный момент для выбора соединительной муфты, Н*м: Тм=Тмном*
Наименование
показателя
Результаты расчета при массе